Resilienza dei sistemi di approvvigionamento idrico urbano in caso di terremoto

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 20555 (2022) Citare questo articolo

1466 accessi

1 Citazioni

2 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Le minacce ai sistemi di approvvigionamento idrico sono aumentate in numero e intensità. I disastri naturali come i terremoti hanno causato diversi tipi di danni alle reti di distribuzione idrica (WDN), in particolare a quelle con infrastrutture obsolete. Questo articolo indaga la resilienza di una rete di distribuzione idrica esistente in condizioni di rischio sismico. Un modello di generazione dei terremoti accoppiato con un modello idraulico probabilistico basato sulla pressione e basato sul flusso viene studiato e applicato a una WDN esistente. Sono stati simulati un totale di 27 scenari sismici e 2 strategie di riparazione. L’analisi ha esaminato parametri di resilienza idraulica quali pressione, domanda di perdite, funzionalità idrica e popolazione colpita. I risultati mostrano che la pressione nodale scende al di sotto della pressione nominale e raggiunge lo zero in alcuni scenari sismici. La richiesta di perdite potrebbe raggiungere più di 10 m3/s entro poche ore da un terremoto. La funzionalità idrica scende al minimo del 40% e la popolazione colpita raggiunge il 90% per un terremoto di 6,5 M, ad esempio. Questo studio evidenzia e quantifica le vulnerabilità all'interno della WDN simulata. Gli strumenti qui delineati illustrano un approccio che può: (1) in definitiva aiutare a informare meglio i piani di sicurezza idrica dei servizi pubblici e (2) preparare strategie proattive per mitigare/riparare prima che si verifichi un pericolo di questa natura.

Le reti di distribuzione idrica (WDN) sono infrastrutture critiche (CI)1. Le WDN sono costituite da sistemi, strutture, tecnologie, servizi, ecc. essenziali per il benessere delle persone e per l'economia sostenibile. Le WDN si trovano ad affrontare un'ampia gamma di minacce in grado di causare danni significativi e interruzioni del servizio. Queste minacce includono l’invecchiamento delle infrastrutture, i disastri naturali e i rischi causati dall’uomo. Le WDN sono simili nel layout e nelle funzioni, ma differiscono per dimensioni, posizione e vulnerabilità. Di conseguenza, i servizi idrici stanno implementando strategie e sviluppando piani di sicurezza idrica (WSP) su misura per aumentare la loro resilienza WDN e superare tali minacce.

Disastri naturali come terremoti, siccità, incendi, uragani, inondazioni e forti tempeste hanno causato una vasta gamma di danni alle WDN, soprattutto a quelle con infrastrutture obsolete. I ricercatori hanno proposto metodi per stimare le conseguenze dei disastri naturali su infrastrutture critiche come i sistemi di approvvigionamento idrico. Studi precedenti hanno riportato danni che includono perdite e rotture dei tubi; guasto di impianti di trattamento, pompe, serbatoi e serbatoi; interruzioni di corrente; perdite di qualità dell'acqua, accesso ridotto a forniture e strutture; e altri impatti negativi sul personale di sistema2,3,4. Dopo aver studiato i danni che un disastro naturale può infliggere ai sistemi di approvvigionamento idrico, l’Organizzazione Panamericana della Sanità (OPS)5 ha riferito che i terremoti hanno il potenziale più distruttivo per la WDN. Questo perché: (1) i terremoti causano danni a cascata rappresentati da incendi, interruzioni di corrente e distruzione strutturale delle risorse e delle strutture del WDN e (2) i componenti del WDN sono sepolti sottoterra dove l'attenuazione sismica è più intensa e dove il danno non è facilmente rilevato e riparato6,7.

Ad esempio, il violento terremoto di San Francisco che durò un minuto nel 19068 distrusse migliaia di tubi, causò una carenza di flusso d'incendio provocando un incendio che durò tre giorni, uccidendo 800 persone e provocando ingenti danni alle proprietà. Il terremoto di Kobe del 19959 danneggiò più di 4.000 condutture e causò la perdita del servizio idrico per più di un milione di persone. I terremoti di San Fernando e Northridge10 hanno danneggiato decine di condutture idriche e il servizio idrico è stato interrotto per settimane. I terremoti più recenti hanno provocato danni significativi alla WDN nonostante i progressi nei materiali e nelle tecnologie antisismiche. Il terremoto di South Napa nel 2014 ha ulteriormente dimostrato la vulnerabilità delle WDN. Sono state segnalate più di 150 interruzioni delle condutture idriche che hanno lasciato i vigili del fuoco con una quantità d'acqua insufficiente per combattere sei grandi incendi post-terremoto11. Carter12 ha sottolineato la preoccupazione che la crescita di muffe dovuta al guasto delle tubature dell'acqua possa causare più danni dello scuotimento stesso. Il terremoto di Kumamoto nel 2016 è un altro recente esempio della vulnerabilità del WDN alle minacce sismiche. Il terremoto ha interrotto a intermittenza la fornitura d'acqua per diversi giorni13.